安全弁
【課題】立て軸ポンプで使用可能な安全弁を提供する。
【解決手段】安全弁２３は、高圧水配管２４に介設され、出口と、出口よりも下方に位置する入口との間で鉛直方向に立ち上がる管で形成された鉛直部３８と、鉛直部３８の軸中心に設けられたスピンドル３９と、上下に移動できるようにスピンドル３９に挿通され、下向きに縮径するテーパ形状のフロート３７と、鉛直部３８内でフロート３７の下方に位置するオリフィス４２とを備える。フロート３７の水中重量をフロート３７の投影面積で除して得られる圧力が、オリフィス４２の入口圧力とオリフィス４２の出口圧力の差より大きいと、フロート３７とオリフィス４２との間に隙間が生じず流体は流れない。圧力が、入口圧力と出口圧力の差以下となると、フロート３７とオリフィス４２との間に隙間が生じて流体が流れる。
【解決手段】安全弁２３は、高圧水配管２４に介設され、出口と、出口よりも下方に位置する入口との間で鉛直方向に立ち上がる管で形成された鉛直部３８と、鉛直部３８の軸中心に設けられたスピンドル３９と、上下に移動できるようにスピンドル３９に挿通され、下向きに縮径するテーパ形状のフロート３７と、鉛直部３８内でフロート３７の下方に位置するオリフィス４２とを備える。フロート３７の水中重量をフロート３７の投影面積で除して得られる圧力が、オリフィス４２の入口圧力とオリフィス４２の出口圧力の差より大きいと、フロート３７とオリフィス４２との間に隙間が生じず流体は流れない。圧力が、入口圧力と出口圧力の差以下となると、フロート３７とオリフィス４２との間に隙間が生じて流体が流れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吐出管から吸込水槽側にバルブを介設したバイパス配管が設けられた立軸ポンプが知られている。そのような立軸ポンプは、吐出側を締め切るような管理運転においても立軸ポンプの内部の水が流動できるようにされている。つまり、通常運転時には、バイパス配管のバルブを閉弁状態にしてバイパス配管に水が流れないようにするが、排水を目的にしていない管理運転時は、吐出側を締め切り、ポンプ内部での過熱防止と負荷低減のためにバイパス配管を介して吸込水槽へ水を流すようにしている。
【０００３】
管理運転は、通常、時間制限が設けられることが多く長時間行われない。これに加えて、バイパス配管から水を吸込水槽へ単純に戻すだけでは、槽底に付着しているヘドロ等の剥離や堆積している堆積物の移送、浮遊等による吸込水槽の掃除を効果的に行うことはできない。
【０００４】
効果的な吸込水槽の掃除のために、バイパス配管の下端に吸込水槽の底面近傍に水平に配設されたノズル配管が連結され、かつ水中で浮遊しないヘドロ等を吸込水槽の底面から排出するための汚水ポンプを立軸ポンプとは別に備えたポンプ設備が特許文献１に開示されている。このポンプ設備では、吸込水槽に流入してきた砂等の無機物やし渣等の有機物のうち水中に浮遊するものは、ノズル配管に設けたノズルから噴射される加圧水で攪拌流動させて立軸ポンプにより吸込水槽から排出させる。残りの浮遊しないものは、ノズルからの加圧水により集積させて汚水ポンプにより吸込水槽から排出させる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のポンプ設備は、吸込水槽に立軸ポンプとは別に汚水ポンプを設けるため装置が複雑となり、汚水ポンプのコスト及びメンテナンスの手間がかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２００５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、複雑な装置を設けることなく簡易な構成で吸水槽を効果的に清掃できる立軸ポンプで使用可能な安全弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高圧水配管に介設され、出口と、この出口よりも下方に位置する入口との間で鉛直方向に立ち上がる管で形成された鉛直部と、前記鉛直部の軸中心に設けられたスピンドルと、上下に移動できるように前記スピンドルに挿通され、下向きに縮径するテーパ形状のフロートと、前記鉛直部内で前記フロートの下方に位置するオリフィスとを備え、前記フロートの水中重量を前記フロートの投影面積で除して得られる圧力が、前記オリフィスの入口圧力と前記オリフィスの出口圧力の差より大きいと、前記フロートと前記オリフィスとの間に隙間が生じず流体は流れず、前記フロートの水中重量を前記フロートの投影面積で除して得られる圧力が、前記入口圧力と前記出口圧力の差以下となると、前記フロートと前記オリフィスとの間に隙間が生じて流体が流れる、安全弁を提供する。
【０００９】
前記スピンドルの上端は前記鉛直部の頂部に配置された中空軸に挿入され、前記中空軸にめねじ部が設けられると共に、前記スピンドルに前記めねじ部と螺合するおねじ部が設けられ、前記スピンドルの前記フロートの上方にストッパが固着され、前記スピンドルに設けられたハンドルを回転させてストッパの鉛直方向の位置を調整して前記フロートの移動範囲を規制できることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高圧水配管内の圧力を制御することにより、安全弁を開閉し、高圧水配管を通じた高圧水の供給を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかる立軸ポンプを示す縦断面図。
【図２】吸水槽を示す平面図。
【図３】別の実施形態における吸水槽を示す平面図。
【図４】安全弁を示す断面図。
【図５】別の実施形態における安全弁を示す断面図。
【図６】別の実施形態における安全弁を示す断面図。
【図７】立軸ポンプの性能曲線を示す図。
【図８】別の実施形態における立軸ポンプを示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１３】
図１に、本発明にかかる立軸ポンプ（以下、単にポンプという。）１０を示す。
【００１４】
ポンプ１０は、図示しない流入側（上流側）管路から排水ポンプ場の吸水槽１１内に流入する雨水等の水を下流側に排水するためのものであり、鉛直方向に延びるケーシング１２を備えている。吸水槽１１は、略直方体の空間を備えている。ケーシング１２は、直管状の揚水管１２ａ、揚水管１２ａの下端に連結されたポンプケーシング１２ｂ、及び揚水管１２ａの上端に連結されて鉛直方向から水平方向に湾曲した吐出エルボ１２ｃを備えている。ポンプケーシング１２ｂの下端側、すなわちケーシング１２の最下部には、吸込ベル１３が設けられている。吸込ベル１３は、下向きに開口しており、その上端側がポンプケーシング１２ｂの下端側に連結されている。また、吸込ベル１３は上端から下端に向けて拡径しており、下端側先端部１３ａが水平方向に延びている。吸込ベル１３の下端側先端部１３ａは吸込口１４を形成している。
【００１５】
吐出エルボ１２ｃには吐出弁１５を介して吐出管１６が連結されている。ポンプケーシング１２ｂ内には羽根車１７が配設されている。この羽根車１７が下端に固定されている主軸１８は鉛直方向に延びてケーシング１２の外部に突出している。主軸１８は、ラジアル軸受として機能する無注水軸受１９，２０（以下、単に軸受という。）に支持されている。軸受１９はポンプケーシング１２ｂの内面から突出するリブ１９ａに取り付けられ、軸受２０は揚水管１２ａの内面から突出するリブ２０ａに取り付けられている。主軸１８の上端側は概略的に示すモータ、減速機構等からなる駆動機構２１に連結されている。
【００１６】
吐出エルボ１２ｃから後に詳述する安全弁２３が介設された高圧水配管２４が分岐している。高圧水配管２４の安全弁２３に対して、吐出エルボ１２ｃと反対側には分配部２５が設けられている。分配部２５から４本の高圧水噴出管２９が分岐している。つまり、本実施形態における分配部２５は、高圧水配管２４の水を４本の高圧水噴出管２９に分配する構造である。４本の高圧水噴出管２９の各先端はノズル２６を有し、ノズル２６は吸水槽１１の底部側に位置するように設けられている。ノズル２６の噴出方向は水平成分を有する。本実施形態においては、ノズル２６はポンプ１０の底部側で水流が広範囲に行きわたるように、斜め上方向、水平方向及び斜め下方向の３方向に向けられている。噴出の３方向の、水平方向の成分は全て同一方向である。
【００１７】
図２は、整流板２８が設けられた吸水槽１１を示す。整流板２８は、ポンプ１０の吸込口１４の下方に位置するように吸水槽１１の側壁２７ａから吸込口１４の反対側まで側壁２７ｂと平行に延びている。４本の高圧水噴出管２９のノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄのうち、ノズル２６ａ，２６ｂは吸水槽１１内の整流板２８を境界とした一側に配置され、ノズル２６ｃ，２６ｄは、吸水槽１１内の整流板２８を境界とした他側に配置されている。ノズル２６ａは、整流板２８の一端側で、かつ、整流板２８が側壁２７ａと接続する部分の近傍に配置され、ノズル２６ａの向きは整流板２８と平行に、整流板２８の前記一端側から他端側に噴出される方向である。ノズル２６ｂは、整流板２８の他端側で、かつ、側壁２７ｂ近傍に配置され、ノズル２６ｂの向きは整流板２８と平行に、整流板２８の前記他端側から前記一端側に噴出される方向である。ノズル２６ｃ，２６ｄもまた、ノズル２６ａ，２６ｂと同様の位置関係を有して配置されている。ノズル２６ａ，２６ｂの、整流板２８の一端側から他端側へ向かう方向と直交する方向における位置関係は、互いに逆であってもよい。ノズル２６ｃ，２６ｄの位置関係についても同様に互いに逆であってもよい。
【００１８】
図３は、整流板が設けられていない吸水槽１１を示す。ノズル２６ｅは、側壁２７ａと側壁２７ｂが接続する部分の近傍に配設されている。ノズル２６ｅの向きは、ノズル２６ｅから噴出される高圧水の水平方向の成分が、側壁２７ａと側壁２７ｂが接続する部分から側壁２７ｂと平行に噴出される方向である。ノズル２６ｆは、吸込口１４に対して、ノズル２６ｅと反対側の、側壁２７ｂ近傍に配置されている。ノズル２６ｆの向きは、ノズル２６ｆから噴出される高圧水の水平方向の成分が、側壁２７ｂと直交し、ノズル２６ｆから側壁２７ｂ側へ向かう方向と反対方向に噴出される方向である。ノズル２６ｇは、ノズル２６ｆの噴出方向の、側壁２７ｃ近傍に配置されている。ノズル２６ｇの向きは、ノズル２６ｇから噴出される高圧水の水平方向の成分が、側壁２７ａと側壁２７ｃが接続する部分に向かって側壁２７ｃと平行に噴出される方向である。ノズル２６ｈは、側壁２７ａと側壁２７ｃが接続する部分の近傍に配設されている。ノズル２６ｈの向きは、ノズル２６ｈから噴出される高圧水の水平方向の成分が、側壁２７ａと側壁２７ｃが接続する部分から側壁２７ａと平行に噴出される方向である。すなわち、ノズル２６ｅの噴出方向の前方にノズル２６ｆが配設され、ノズル２６ｆの噴出方向の前方にノズル２６ｇが配設され、ノズル２６ｇの噴出方向の前方にノズル２６ｈが配設され、ノズル２６ｈの噴出方向の前方にノズル２６ｅが配設されている。本実施形態においては、４つのノズル２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈの向きは、ポンプ１０の羽根車１７の回転方向と同じ方向である。
【００１９】
高圧水配管２４が分岐する部分の吐出エルボ１２ｃの内周面には、フィルタ３０が設けられている。
【００２０】
吐出エルボ１２ｃのほぼ最上部に吸気孔３２が穿設され、この吸気孔３２に吸気管３３が接続されている。この吸気管３３は真空破壊弁３４を介して大気に連通されている。真空破壊弁３４は逆止弁であり、ケーシング１２内が負圧になると、大気連通側からケーシング１２内へ空気が吸いこまれる方向にのみ開弁する。
【００２１】
制御装置３６は、ポンプ１０の吐出弁１５と接続されている。この制御装置３６により、ポンプ１０の吐出弁１５の開閉が制御される。
【００２２】
次に、高圧水配管２４の安全弁２３について説明する。図４乃至図６に、安全弁２３の態様を示す。図４は、テーパ形状のフロート３７を利用した逆止弁である。安全弁２３の入口（吐出エルボ１２ｃ側からの高圧水配管２４が接続された部分）が出口（分配部２５側への高圧水配管２４が接続された部分）より下方に位置している。安全弁２３は、入口と出口の間で鉛直方向に立ち上がり、水平方向の断面が円形の管で形成された鉛直部３８を備え、入口、鉛直部３８及び出口がクランク状に接続されて形成されている。鉛直部３８を構成する管の軸中心には、スピンドル３９が設けられている。テーパ形状のフロート３７の軸中心には、テーパの軸方向に貫通する貫通孔４０が設けられている。貫通孔４０には、軸受４１が貫設されている。テーパ形状のフロート３７は、底面側に向けてテーパ形状となるように軸受４１を介してスピンドル３９に挿通されている。テーパ形状のフロート３７はスピンドル３９上で上下に移動できるようになっている。鉛直部３８には、テーパ形状のフロート３７がテーパ部分で嵌合する大きさのオリフィス４２が設けられている。テーパ形状のフロート３７のテーパ部分がオリフィス４２に嵌合すると、安全弁２３の鉛直部３８を封止するようになっている。安全弁２３のスピンドル３９の下端が支持される部分には、その部分を包囲し、かつ、テーパ形状のフロート３７の底面を支持できるような形状のハンチング防止用のダンパ４４が設けられている。
【００２３】
図５は、図４のスピンドル３９の上端が、上端にハンドル４６、下端に固着されたストッパ４７が設けられ、鉛直部３８の頂面を貫通した中空の軸４８に、挿入された安全弁２３を示す。中空の軸４８の外周面にはおねじ部５０が設けられており、おねじ部５０と螺合するめねじ部５１が鉛直部３８の頂面に設けられている。スピンドル３９の上端は、中空の軸４８に挿入され、中空の軸４８のおねじ部５０が、鉛直部３８のめねじ部５１と螺合することにより支持されている。
【００２４】
図６は、図５の安全弁２３のテーパ形状のフロート３７及びオリフィス４２が、円筒形状のフロート５３及び鉛直部３８の内周面の円断面形状が下方に向かうにつれて小さくなっている傾斜部５４を上方に備えるオリフィス５５に変更された安全弁２３を示す。安全弁２３は、円筒形状のフロート５３がオリフィス５５の傾斜部５４がある範囲のスピンドル３９上で上下に移動すると、円筒形状のフロート５３の底面と傾斜部５４が形成する隙間の大きさを変化させるようになっている。フロート５３の底面は、傾斜部５４の最下端で支持される大きさである。
【００２５】
図７は、ポンプ１０の流量−揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）の一例をポンプ効率η及び軸馬力Ｌと共に示している。図７において、横軸は最適流量Ｑｏｐｔに対する流量Ｑの割合（Ｑ／Ｑｏｐｔ）であり、縦軸は最適揚程Ｈｏｐｔに対する揚程Ｈの割合（Ｈ／Ｈｏｐｔ）である。Ｑ／Ｑｏｐｔが約０．６〜１．２の範囲は定格運転域、Ｑ／Ｑｏｐｔが約１．２以上は過大流領域、Ｑ／Ｑｏｐｔが約０．６以下は部分流領域である。
【００２６】
次に、本発明にかかるポンプ１０の動作について説明する。降雨情報等に基づいて、例えば吸込ベル１３の吸込口１４よりも低い待機水位（吸水槽１１内に水がない状態でもよい。）でポンプ１０が始動されると、ケーシング１２内には水が存在しないので羽根車１７は空気中で回転する（空転運転）。このとき、ポンプ１０の吐出弁１５は、始動前と同様、開弁状態である。吸水槽１１内の水位が上昇して羽根車１７の下端まで達すると吸水槽１１内の水は羽根車１７の回転により吸い上げられ、吸込ベル１３、ポンプケーシング１２ｂ、揚水管１２ａ、及び吐出エルボ１２ｃを介して吐出管１６へ排水される（通常運転）。
【００２７】
排水が終了すると、ポンプ１０の運転を停止する。ケーシング１２の内部の水は落水する。そのため、次回の始動時までケーシング１２の内部は水で満たされていない。ケーシング１２の内部に水がない状態で軸受１９，２０等に水分が付着した状態であるか、又はケーシング１２の内部が多湿である状態が長く続くと、軸受１９，２０等の金属表面に空気中の酸素が結びつくことにより、錆が発生しやすくなる。そのため、ある一定期間使用しない場合には、軸受１９，２０の錆防止等の性能維持のために管理運転を行う。
【００２８】
ポンプ１０の管理運転は排水を目的にしていないため、揚水に費やされるエネルギーを出来る限り少なくするように吐出弁１５を閉弁した状態にして運転を行う。
【００２９】
その際、高圧水配管２４の安全弁２３を開弁させるようにする。そのようにすれば、高圧水配管２４へ水を流すことができる。これにより、ポンプ１０の内部の水を流動させることができるので、主軸１８の羽根車１７の回転により発生した熱がポンプ１０の内部の水に蓄積され水温が上昇するのを回避できる。また、ポンプ１０の水を流動させることで、ポンプ１０の吐出側が締め切られて水がポンプ１０の内部に充填されたまま送水されずに存在することにより、駆動機構２１、軸受１９，２０及び羽根車１７への負荷が大きい状態が維持されるのを回避できる。
【００３０】
高圧水配管２４の安全弁２３の開閉は、高圧水配管２４上にある安全弁２３のオリフィス４２，５５の入口圧力Ｐ１と、スピンドル３９上で上下するフロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆと、安全弁２３のオリフィス４２，５５の出口圧力Ｐ２との関係に従って行われる。本実施形態のポンプ１０は、ポンプ１０の吐出弁１５を締め切った状態で揚水量を変化させることにより、図７のポンプ１０の流量−揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）に示す範囲において、所望の水圧の水を得て安全弁２３を開弁することに利用する。
【００３１】
安全弁２３は定格運転では開弁させないようにするため、安全弁２３が開弁する圧力に対応するＨｂ（対応する流量はＱｂ）は、図７に示す定格運転域よりも高圧の水が得られる部分流領域で設定する。
【００３２】
上述した流量−揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）を示すポンプ１０において、Ｑ／Ｑｏｐｔが定格運転域又は過大流領域で運転する場合、Ｑ／ＱｏｐｔがＱｂより大きな値をとるため、Ｈ／ＨｏｐｔはＨｂ未満（通常運転時に対応する第１の圧力）となり、所望の水圧の水を得ることはできない。そのため、安全弁２３の入口の水は開弁することに利用できない。このことから、ポンプ１０を定格運転域又は過大流領域で運転する場合には、安全弁２３が開弁されることはない。
【００３３】
Ｑ／Ｑｏｐｔが部分流領域の、Ｑｂより大きな値をとる範囲で運転する場合には、定格運転域又は過大流領域で運転する場合と同様に、Ｈ／ＨｏｐｔはＨｂ未満となり、所望の水圧の水を得ることはできない。そのため、安全弁２３の入口の水は開弁することに利用できない。
【００３４】
Ｑ／Ｑｏｐｔが部分流領域の、０より大きくＱｂと同じかＱｂより小さな値をとる範囲で運転する場合には、Ｈ／ＨｏｐｔはＨｂ以上（管理運転時に対応する第２の圧力）となり、所望の水圧の水を得ることができる。つまり、高圧水配管２４の安全弁２３を開弁するためには、Ｑ／Ｑｏｐｔが部分流領域の、０より大きくＱｂと同じかＱｂより小さな値をとる範囲で運転する。
【００３５】
ポンプ１０の管理運転は、ポンプ１０の吐出弁１５を閉弁した状態にし、部分流領域の、Ｑ／Ｑｏｐｔが０より大きくＱｂと同じかＱｂより小さくなる範囲で、ポンプ１０を運転することにより行う。これにより、高圧水配管２４の安全弁２３を開弁することができ、ノズル２６の方へと高圧水を流すことができる。
【００３６】
安全弁２３の開弁により高圧水配管２４を流れる水は、吸水槽１１へ単純に戻すと、揚水によるエネルギーを放出することになるので損失となる。この損失を低減するため、水を落下させる際、水の位置エネルギーを運動エネルギーに変換してノズル２６から水流を発生させ利用する。
【００３７】
安全弁２３の開閉のメカニズムを説明する。高圧水配管２４上にある安全弁２３のオリフィス４２，５５の入口圧力Ｐ１と、スピンドル３９上で上下するフロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆと、安全弁２３のオリフィス４２，５５の出口圧力Ｐ２との関係により安全弁２３の開閉が行われる。吐出エルボ１２ｃから高圧水配管２４に伝達される安全弁２３のオリフィス４２，５５の入口圧力Ｐ１は、吐出エルボ１２ｃの圧力とほぼ同じであるので、上述した方法で水圧を制御することにより入口圧力Ｐ１を容易に制御できる。フロート３７，５３の重量をＷｔ、浮力をＷｗとすると、フロート３７，５３の水中重量ＷｆはＷｔとＷｗとの差である。フロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆは、フロート３７，５３の投影面積をＡとすると、ＷｆをＡで除したものである。
【００３８】
フロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆが、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差（Ｐ１＞Ｐ２）より大きいと、フロート３７，５３の水中重量に抗して押し上げる力は発生しないため、フロート３７，５３とオリフィス４２，５５の間には、隙間が生じず流体は流れない。
【００３９】
フロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆが、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差（Ｐ１＞Ｐ２）と同圧になると、フロート３７，５３とオリフィス４２，５５の間には、隙間が生じ流体は流れ始める。
【００４０】
フロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆが、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差（Ｐ１＞Ｐ２）より小さいと、フロート３７，５３とオリフィス４２，５５の間には、隙間が生じ流体は流れる。フロート３７，５３は、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差が大きいほど上に移動する。図７のＨｂは、安全弁２３のフロート３７，５３の形状や重量及びオリフィス４２，５５の直径等により決定される。ポンプ１０において、適切なパラメータを選択することにより、高圧水配管２４内が通常運転時の圧力である第１の圧力で安全弁２３を閉弁させ、管理運転時の圧力である前記第１の圧力よりも高圧の第２の圧力で安全弁２３を開弁させ、高圧水配管２４に高圧水を流すことができる。このようにして、高圧水配管２４内の圧力を制御することにより、安全弁２３を開閉し、高圧水配管２４を通じた高圧水の供給を制御できる。
【００４１】
図５及び図６の安全弁２３は、ハンドル４６を回転させ、ストッパ４７の鉛直方向の位置を予め調整することにより、フロート３７，５３の移動範囲を規制することができ、高圧水配管２４の最大流量を調整できる。
【００４２】
高圧水配管２４を流れる高圧水は、ポンプ１０のケーシング１２から供給され、分配部２５を通って高圧水噴出管２９に送られノズル２６から噴出される。ノズル２６からジェット水（高圧水）は、斜め上方向、水平方向及び斜め下方向の３方向に噴出される。噴出の３方向の水平方向の成分は全て同一方向であるので、水平方向に向きが一定の水流を発生させることができる。ノズル２６から吸水槽１１の底面へ向けて斜め下方向にも噴出されるので、底面に沿った水流によって、底面に付着しているヘドロ等に力を加えることができ剥離することができる。そして、底面に堆積していたヘドロ等とともに剥離されたヘドロ等もジェット水により水中を浮遊する。
【００４３】
図２に示すようにノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが配置された吸水槽１１においては、吸水槽１１内の整流板２８で仕切られた領域の中で、ノズル２６ａとノズル２６ｂの向きが１８０°異なり、かつ、ノズル２６ａ，２６ｂがノズル２６ａ，２６ｂの向きに直交する方向で互いにずれている。そのため、ノズル２６ａ，２６ｂの向きに直交する方向のずれが略楕円の短軸となり、ノズル２６ａ，２６ｂの向きと平行な方向のずれが略楕円の長軸となるような略楕円の旋回流を、ノズル２６ａとノズル２６ｂの中点を中心として発生させることができる。旋回流の旋回方向は、ノズル２６ａ，２６ｂの向きと同方向である。ノズル２６ｃ，２６ｄについても、ノズル２６ａ，２６ｂと同様である。
【００４４】
また、図３に示すようにノズル２６が配置された吸水槽１１においては、ある１つのノズル２６、例えばノズル２６ｅにより噴出された水流がその噴出方向前方のノズル２６ｆ近傍に到達する。ノズル２６ｆ近傍に到達した水流は、ノズル２６ｆが噴出した水流により押し出される。前記水流により押し出されて、前記水流と一体となった水流は、ノズル２６ｇ近傍に到達し、同様にノズル２６ｇが噴出した水流により押し出される。このようにして、４つのノズル２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈによって、吸水槽１１内で、ポンプ１０の吸込口１４を中心にした旋回流を発生させることができる。本実施形態においては、ノズル２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈの向きが、羽根車１７の回転する方向と同方向であるので、ノズル２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈからのジェット水の噴出により、ポンプ１０の羽根車１７の回転抵抗を軽減できる。
【００４５】
ジェット水により浮遊したヘドロ等は、上述の旋回流に乗って吸込口１４の周囲を循環する。その後、ポンプ１０の運転を停止すると、高圧水配管２４の内部で高圧水が得られなくなり、安全弁２３は閉弁する。その結果、ノズル２６からジェット水は噴出されなくなり、やがて、旋回流は消失する。そして、旋回流により吸込口１４の周囲を循環していたヘドロ等は、旋回流の中心付近の槽底に集積する。
【００４６】
次にポンプ１０を始動すると、吸水槽１１の底面に集積しているヘドロ等は水とともにポンプ１０の吸込口１４から吸い上げられ、ポンプ１０の吐出側から排出される。このようにして、吸水槽１１の内部、特に底面を掃除することができる。
【００４７】
すなわち、本発明によれば、ポンプ１０のケーシング１２の内部から高圧水配管２４、分配部２５、及び高圧水噴出管２９を介して供給される高圧水をノズル２６から噴出し、吸水槽１１内で旋回流を発生させることができる。旋回流がポンプ１０の吸込口１４の周囲で発生するように高圧水噴出管２９のノズル２６が配設されているので、吸水槽１１の底面に堆積したヘドロ等を旋回流に乗せて吸込口１４近傍に移送し、ポンプ１０の吐出側へ容易に排出することができる。これにより、複雑な装置を設けることなく簡易な構成で吸水槽１１を効果的に清掃できる。
【００４８】
また、高圧水配管２４が分岐する部分のケーシング１２の内周面にフィルタ３０を設けることにより、高圧水配管２４への送水時、高圧水配管２４の中へヘドロ等が入り込むのを阻止し、高圧水配管２４を詰まらせることを防止できる。また、通常の排水運転時にフィルタ３０の表面を通過する水により、フィルタ３０に付着したヘドロ等を容易に洗い流すことができ、フィルタ３０を容易に洗浄できる。これにより、フィルタ３０の目詰まりによる交換等のメンテナンスの手間を減少させることができる。
【００４９】
本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図８に示すように、ケーシング１２内が負圧になると、大気連通側からケーシング１２内へ空気が吸いこまれる方向にのみ開弁する真空破壊弁５７が介設された吸気管５８を吐出エルボ１２ｃと安全弁２３の間の高圧水配管２４から分岐させてもよい。このようにすれば、吸気管３３のための吸気孔３２を吐出エルボ１２ｃに設ける必要がなくなる。また、吸気管５８の真空破壊弁５７より先端側で大気と連通している部分にサイレンサ５９を介設してもよい。また、ポンプ１０の吸込口１４を中心に、吸水槽１１の底面に、浮遊したヘドロ等を集積させるピットを設けてもよい。また、ノズル２６の配置は、吸水槽１１の下方の、吸込口１４の周囲で旋回流を発生させるものであればいかなる配置であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 立軸ポンプ
１１ 吸水槽
１２ ケーシング
１２ａ 揚水管
１２ｂ ポンプケーシング
１２ｃ 吐出エルボ
１３ 吸込ベル
１３ａ 下端側先端部
１４ 吸込口
１５ 吐出弁
１６ 吐出管
１７ 羽根車
１８ 主軸
１９，２０ 無注水軸受
１９ａ，２０ａ リブ
２１ 駆動機構
２３ 安全弁
２４ 高圧水配管
２５ 分配部
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈ ノズル
２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ 側壁
２８ 整流板
２９ 高圧水噴出管
３０ フィルタ
３２ 吸気孔
３３，５８ 吸気管
３４，５７ 真空破壊弁
３６ 制御装置
３７，５３ フロート
３８ 鉛直部
３９ スピンドル
４０ 貫通孔
４１ 軸受
４２，５５ オリフィス
４４ ダンパ
４６ ハンドル
４７ ストッパ
４８ 軸
５０ おねじ部
５１ めねじ部
５４ 傾斜部
５９ サイレンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吐出管から吸込水槽側にバルブを介設したバイパス配管が設けられた立軸ポンプが知られている。そのような立軸ポンプは、吐出側を締め切るような管理運転においても立軸ポンプの内部の水が流動できるようにされている。つまり、通常運転時には、バイパス配管のバルブを閉弁状態にしてバイパス配管に水が流れないようにするが、排水を目的にしていない管理運転時は、吐出側を締め切り、ポンプ内部での過熱防止と負荷低減のためにバイパス配管を介して吸込水槽へ水を流すようにしている。
【０００３】
管理運転は、通常、時間制限が設けられることが多く長時間行われない。これに加えて、バイパス配管から水を吸込水槽へ単純に戻すだけでは、槽底に付着しているヘドロ等の剥離や堆積している堆積物の移送、浮遊等による吸込水槽の掃除を効果的に行うことはできない。
【０００４】
効果的な吸込水槽の掃除のために、バイパス配管の下端に吸込水槽の底面近傍に水平に配設されたノズル配管が連結され、かつ水中で浮遊しないヘドロ等を吸込水槽の底面から排出するための汚水ポンプを立軸ポンプとは別に備えたポンプ設備が特許文献１に開示されている。このポンプ設備では、吸込水槽に流入してきた砂等の無機物やし渣等の有機物のうち水中に浮遊するものは、ノズル配管に設けたノズルから噴射される加圧水で攪拌流動させて立軸ポンプにより吸込水槽から排出させる。残りの浮遊しないものは、ノズルからの加圧水により集積させて汚水ポンプにより吸込水槽から排出させる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のポンプ設備は、吸込水槽に立軸ポンプとは別に汚水ポンプを設けるため装置が複雑となり、汚水ポンプのコスト及びメンテナンスの手間がかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２００５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、複雑な装置を設けることなく簡易な構成で吸水槽を効果的に清掃できる立軸ポンプで使用可能な安全弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高圧水配管に介設され、出口と、この出口よりも下方に位置する入口との間で鉛直方向に立ち上がる管で形成された鉛直部と、前記鉛直部の軸中心に設けられたスピンドルと、上下に移動できるように前記スピンドルに挿通され、下向きに縮径するテーパ形状のフロートと、前記鉛直部内で前記フロートの下方に位置するオリフィスとを備え、前記フロートの水中重量を前記フロートの投影面積で除して得られる圧力が、前記オリフィスの入口圧力と前記オリフィスの出口圧力の差より大きいと、前記フロートと前記オリフィスとの間に隙間が生じず流体は流れず、前記フロートの水中重量を前記フロートの投影面積で除して得られる圧力が、前記入口圧力と前記出口圧力の差以下となると、前記フロートと前記オリフィスとの間に隙間が生じて流体が流れる、安全弁を提供する。
【０００９】
前記スピンドルの上端は前記鉛直部の頂部に配置された中空軸に挿入され、前記中空軸にめねじ部が設けられると共に、前記スピンドルに前記めねじ部と螺合するおねじ部が設けられ、前記スピンドルの前記フロートの上方にストッパが固着され、前記スピンドルに設けられたハンドルを回転させてストッパの鉛直方向の位置を調整して前記フロートの移動範囲を規制できることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高圧水配管内の圧力を制御することにより、安全弁を開閉し、高圧水配管を通じた高圧水の供給を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかる立軸ポンプを示す縦断面図。
【図２】吸水槽を示す平面図。
【図３】別の実施形態における吸水槽を示す平面図。
【図４】安全弁を示す断面図。
【図５】別の実施形態における安全弁を示す断面図。
【図６】別の実施形態における安全弁を示す断面図。
【図７】立軸ポンプの性能曲線を示す図。
【図８】別の実施形態における立軸ポンプを示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１３】
図１に、本発明にかかる立軸ポンプ（以下、単にポンプという。）１０を示す。
【００１４】
ポンプ１０は、図示しない流入側（上流側）管路から排水ポンプ場の吸水槽１１内に流入する雨水等の水を下流側に排水するためのものであり、鉛直方向に延びるケーシング１２を備えている。吸水槽１１は、略直方体の空間を備えている。ケーシング１２は、直管状の揚水管１２ａ、揚水管１２ａの下端に連結されたポンプケーシング１２ｂ、及び揚水管１２ａの上端に連結されて鉛直方向から水平方向に湾曲した吐出エルボ１２ｃを備えている。ポンプケーシング１２ｂの下端側、すなわちケーシング１２の最下部には、吸込ベル１３が設けられている。吸込ベル１３は、下向きに開口しており、その上端側がポンプケーシング１２ｂの下端側に連結されている。また、吸込ベル１３は上端から下端に向けて拡径しており、下端側先端部１３ａが水平方向に延びている。吸込ベル１３の下端側先端部１３ａは吸込口１４を形成している。
【００１５】
吐出エルボ１２ｃには吐出弁１５を介して吐出管１６が連結されている。ポンプケーシング１２ｂ内には羽根車１７が配設されている。この羽根車１７が下端に固定されている主軸１８は鉛直方向に延びてケーシング１２の外部に突出している。主軸１８は、ラジアル軸受として機能する無注水軸受１９，２０（以下、単に軸受という。）に支持されている。軸受１９はポンプケーシング１２ｂの内面から突出するリブ１９ａに取り付けられ、軸受２０は揚水管１２ａの内面から突出するリブ２０ａに取り付けられている。主軸１８の上端側は概略的に示すモータ、減速機構等からなる駆動機構２１に連結されている。
【００１６】
吐出エルボ１２ｃから後に詳述する安全弁２３が介設された高圧水配管２４が分岐している。高圧水配管２４の安全弁２３に対して、吐出エルボ１２ｃと反対側には分配部２５が設けられている。分配部２５から４本の高圧水噴出管２９が分岐している。つまり、本実施形態における分配部２５は、高圧水配管２４の水を４本の高圧水噴出管２９に分配する構造である。４本の高圧水噴出管２９の各先端はノズル２６を有し、ノズル２６は吸水槽１１の底部側に位置するように設けられている。ノズル２６の噴出方向は水平成分を有する。本実施形態においては、ノズル２６はポンプ１０の底部側で水流が広範囲に行きわたるように、斜め上方向、水平方向及び斜め下方向の３方向に向けられている。噴出の３方向の、水平方向の成分は全て同一方向である。
【００１７】
図２は、整流板２８が設けられた吸水槽１１を示す。整流板２８は、ポンプ１０の吸込口１４の下方に位置するように吸水槽１１の側壁２７ａから吸込口１４の反対側まで側壁２７ｂと平行に延びている。４本の高圧水噴出管２９のノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄのうち、ノズル２６ａ，２６ｂは吸水槽１１内の整流板２８を境界とした一側に配置され、ノズル２６ｃ，２６ｄは、吸水槽１１内の整流板２８を境界とした他側に配置されている。ノズル２６ａは、整流板２８の一端側で、かつ、整流板２８が側壁２７ａと接続する部分の近傍に配置され、ノズル２６ａの向きは整流板２８と平行に、整流板２８の前記一端側から他端側に噴出される方向である。ノズル２６ｂは、整流板２８の他端側で、かつ、側壁２７ｂ近傍に配置され、ノズル２６ｂの向きは整流板２８と平行に、整流板２８の前記他端側から前記一端側に噴出される方向である。ノズル２６ｃ，２６ｄもまた、ノズル２６ａ，２６ｂと同様の位置関係を有して配置されている。ノズル２６ａ，２６ｂの、整流板２８の一端側から他端側へ向かう方向と直交する方向における位置関係は、互いに逆であってもよい。ノズル２６ｃ，２６ｄの位置関係についても同様に互いに逆であってもよい。
【００１８】
図３は、整流板が設けられていない吸水槽１１を示す。ノズル２６ｅは、側壁２７ａと側壁２７ｂが接続する部分の近傍に配設されている。ノズル２６ｅの向きは、ノズル２６ｅから噴出される高圧水の水平方向の成分が、側壁２７ａと側壁２７ｂが接続する部分から側壁２７ｂと平行に噴出される方向である。ノズル２６ｆは、吸込口１４に対して、ノズル２６ｅと反対側の、側壁２７ｂ近傍に配置されている。ノズル２６ｆの向きは、ノズル２６ｆから噴出される高圧水の水平方向の成分が、側壁２７ｂと直交し、ノズル２６ｆから側壁２７ｂ側へ向かう方向と反対方向に噴出される方向である。ノズル２６ｇは、ノズル２６ｆの噴出方向の、側壁２７ｃ近傍に配置されている。ノズル２６ｇの向きは、ノズル２６ｇから噴出される高圧水の水平方向の成分が、側壁２７ａと側壁２７ｃが接続する部分に向かって側壁２７ｃと平行に噴出される方向である。ノズル２６ｈは、側壁２７ａと側壁２７ｃが接続する部分の近傍に配設されている。ノズル２６ｈの向きは、ノズル２６ｈから噴出される高圧水の水平方向の成分が、側壁２７ａと側壁２７ｃが接続する部分から側壁２７ａと平行に噴出される方向である。すなわち、ノズル２６ｅの噴出方向の前方にノズル２６ｆが配設され、ノズル２６ｆの噴出方向の前方にノズル２６ｇが配設され、ノズル２６ｇの噴出方向の前方にノズル２６ｈが配設され、ノズル２６ｈの噴出方向の前方にノズル２６ｅが配設されている。本実施形態においては、４つのノズル２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈの向きは、ポンプ１０の羽根車１７の回転方向と同じ方向である。
【００１９】
高圧水配管２４が分岐する部分の吐出エルボ１２ｃの内周面には、フィルタ３０が設けられている。
【００２０】
吐出エルボ１２ｃのほぼ最上部に吸気孔３２が穿設され、この吸気孔３２に吸気管３３が接続されている。この吸気管３３は真空破壊弁３４を介して大気に連通されている。真空破壊弁３４は逆止弁であり、ケーシング１２内が負圧になると、大気連通側からケーシング１２内へ空気が吸いこまれる方向にのみ開弁する。
【００２１】
制御装置３６は、ポンプ１０の吐出弁１５と接続されている。この制御装置３６により、ポンプ１０の吐出弁１５の開閉が制御される。
【００２２】
次に、高圧水配管２４の安全弁２３について説明する。図４乃至図６に、安全弁２３の態様を示す。図４は、テーパ形状のフロート３７を利用した逆止弁である。安全弁２３の入口（吐出エルボ１２ｃ側からの高圧水配管２４が接続された部分）が出口（分配部２５側への高圧水配管２４が接続された部分）より下方に位置している。安全弁２３は、入口と出口の間で鉛直方向に立ち上がり、水平方向の断面が円形の管で形成された鉛直部３８を備え、入口、鉛直部３８及び出口がクランク状に接続されて形成されている。鉛直部３８を構成する管の軸中心には、スピンドル３９が設けられている。テーパ形状のフロート３７の軸中心には、テーパの軸方向に貫通する貫通孔４０が設けられている。貫通孔４０には、軸受４１が貫設されている。テーパ形状のフロート３７は、底面側に向けてテーパ形状となるように軸受４１を介してスピンドル３９に挿通されている。テーパ形状のフロート３７はスピンドル３９上で上下に移動できるようになっている。鉛直部３８には、テーパ形状のフロート３７がテーパ部分で嵌合する大きさのオリフィス４２が設けられている。テーパ形状のフロート３７のテーパ部分がオリフィス４２に嵌合すると、安全弁２３の鉛直部３８を封止するようになっている。安全弁２３のスピンドル３９の下端が支持される部分には、その部分を包囲し、かつ、テーパ形状のフロート３７の底面を支持できるような形状のハンチング防止用のダンパ４４が設けられている。
【００２３】
図５は、図４のスピンドル３９の上端が、上端にハンドル４６、下端に固着されたストッパ４７が設けられ、鉛直部３８の頂面を貫通した中空の軸４８に、挿入された安全弁２３を示す。中空の軸４８の外周面にはおねじ部５０が設けられており、おねじ部５０と螺合するめねじ部５１が鉛直部３８の頂面に設けられている。スピンドル３９の上端は、中空の軸４８に挿入され、中空の軸４８のおねじ部５０が、鉛直部３８のめねじ部５１と螺合することにより支持されている。
【００２４】
図６は、図５の安全弁２３のテーパ形状のフロート３７及びオリフィス４２が、円筒形状のフロート５３及び鉛直部３８の内周面の円断面形状が下方に向かうにつれて小さくなっている傾斜部５４を上方に備えるオリフィス５５に変更された安全弁２３を示す。安全弁２３は、円筒形状のフロート５３がオリフィス５５の傾斜部５４がある範囲のスピンドル３９上で上下に移動すると、円筒形状のフロート５３の底面と傾斜部５４が形成する隙間の大きさを変化させるようになっている。フロート５３の底面は、傾斜部５４の最下端で支持される大きさである。
【００２５】
図７は、ポンプ１０の流量−揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）の一例をポンプ効率η及び軸馬力Ｌと共に示している。図７において、横軸は最適流量Ｑｏｐｔに対する流量Ｑの割合（Ｑ／Ｑｏｐｔ）であり、縦軸は最適揚程Ｈｏｐｔに対する揚程Ｈの割合（Ｈ／Ｈｏｐｔ）である。Ｑ／Ｑｏｐｔが約０．６〜１．２の範囲は定格運転域、Ｑ／Ｑｏｐｔが約１．２以上は過大流領域、Ｑ／Ｑｏｐｔが約０．６以下は部分流領域である。
【００２６】
次に、本発明にかかるポンプ１０の動作について説明する。降雨情報等に基づいて、例えば吸込ベル１３の吸込口１４よりも低い待機水位（吸水槽１１内に水がない状態でもよい。）でポンプ１０が始動されると、ケーシング１２内には水が存在しないので羽根車１７は空気中で回転する（空転運転）。このとき、ポンプ１０の吐出弁１５は、始動前と同様、開弁状態である。吸水槽１１内の水位が上昇して羽根車１７の下端まで達すると吸水槽１１内の水は羽根車１７の回転により吸い上げられ、吸込ベル１３、ポンプケーシング１２ｂ、揚水管１２ａ、及び吐出エルボ１２ｃを介して吐出管１６へ排水される（通常運転）。
【００２７】
排水が終了すると、ポンプ１０の運転を停止する。ケーシング１２の内部の水は落水する。そのため、次回の始動時までケーシング１２の内部は水で満たされていない。ケーシング１２の内部に水がない状態で軸受１９，２０等に水分が付着した状態であるか、又はケーシング１２の内部が多湿である状態が長く続くと、軸受１９，２０等の金属表面に空気中の酸素が結びつくことにより、錆が発生しやすくなる。そのため、ある一定期間使用しない場合には、軸受１９，２０の錆防止等の性能維持のために管理運転を行う。
【００２８】
ポンプ１０の管理運転は排水を目的にしていないため、揚水に費やされるエネルギーを出来る限り少なくするように吐出弁１５を閉弁した状態にして運転を行う。
【００２９】
その際、高圧水配管２４の安全弁２３を開弁させるようにする。そのようにすれば、高圧水配管２４へ水を流すことができる。これにより、ポンプ１０の内部の水を流動させることができるので、主軸１８の羽根車１７の回転により発生した熱がポンプ１０の内部の水に蓄積され水温が上昇するのを回避できる。また、ポンプ１０の水を流動させることで、ポンプ１０の吐出側が締め切られて水がポンプ１０の内部に充填されたまま送水されずに存在することにより、駆動機構２１、軸受１９，２０及び羽根車１７への負荷が大きい状態が維持されるのを回避できる。
【００３０】
高圧水配管２４の安全弁２３の開閉は、高圧水配管２４上にある安全弁２３のオリフィス４２，５５の入口圧力Ｐ１と、スピンドル３９上で上下するフロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆと、安全弁２３のオリフィス４２，５５の出口圧力Ｐ２との関係に従って行われる。本実施形態のポンプ１０は、ポンプ１０の吐出弁１５を締め切った状態で揚水量を変化させることにより、図７のポンプ１０の流量−揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）に示す範囲において、所望の水圧の水を得て安全弁２３を開弁することに利用する。
【００３１】
安全弁２３は定格運転では開弁させないようにするため、安全弁２３が開弁する圧力に対応するＨｂ（対応する流量はＱｂ）は、図７に示す定格運転域よりも高圧の水が得られる部分流領域で設定する。
【００３２】
上述した流量−揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）を示すポンプ１０において、Ｑ／Ｑｏｐｔが定格運転域又は過大流領域で運転する場合、Ｑ／ＱｏｐｔがＱｂより大きな値をとるため、Ｈ／ＨｏｐｔはＨｂ未満（通常運転時に対応する第１の圧力）となり、所望の水圧の水を得ることはできない。そのため、安全弁２３の入口の水は開弁することに利用できない。このことから、ポンプ１０を定格運転域又は過大流領域で運転する場合には、安全弁２３が開弁されることはない。
【００３３】
Ｑ／Ｑｏｐｔが部分流領域の、Ｑｂより大きな値をとる範囲で運転する場合には、定格運転域又は過大流領域で運転する場合と同様に、Ｈ／ＨｏｐｔはＨｂ未満となり、所望の水圧の水を得ることはできない。そのため、安全弁２３の入口の水は開弁することに利用できない。
【００３４】
Ｑ／Ｑｏｐｔが部分流領域の、０より大きくＱｂと同じかＱｂより小さな値をとる範囲で運転する場合には、Ｈ／ＨｏｐｔはＨｂ以上（管理運転時に対応する第２の圧力）となり、所望の水圧の水を得ることができる。つまり、高圧水配管２４の安全弁２３を開弁するためには、Ｑ／Ｑｏｐｔが部分流領域の、０より大きくＱｂと同じかＱｂより小さな値をとる範囲で運転する。
【００３５】
ポンプ１０の管理運転は、ポンプ１０の吐出弁１５を閉弁した状態にし、部分流領域の、Ｑ／Ｑｏｐｔが０より大きくＱｂと同じかＱｂより小さくなる範囲で、ポンプ１０を運転することにより行う。これにより、高圧水配管２４の安全弁２３を開弁することができ、ノズル２６の方へと高圧水を流すことができる。
【００３６】
安全弁２３の開弁により高圧水配管２４を流れる水は、吸水槽１１へ単純に戻すと、揚水によるエネルギーを放出することになるので損失となる。この損失を低減するため、水を落下させる際、水の位置エネルギーを運動エネルギーに変換してノズル２６から水流を発生させ利用する。
【００３７】
安全弁２３の開閉のメカニズムを説明する。高圧水配管２４上にある安全弁２３のオリフィス４２，５５の入口圧力Ｐ１と、スピンドル３９上で上下するフロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆと、安全弁２３のオリフィス４２，５５の出口圧力Ｐ２との関係により安全弁２３の開閉が行われる。吐出エルボ１２ｃから高圧水配管２４に伝達される安全弁２３のオリフィス４２，５５の入口圧力Ｐ１は、吐出エルボ１２ｃの圧力とほぼ同じであるので、上述した方法で水圧を制御することにより入口圧力Ｐ１を容易に制御できる。フロート３７，５３の重量をＷｔ、浮力をＷｗとすると、フロート３７，５３の水中重量ＷｆはＷｔとＷｗとの差である。フロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆは、フロート３７，５３の投影面積をＡとすると、ＷｆをＡで除したものである。
【００３８】
フロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆが、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差（Ｐ１＞Ｐ２）より大きいと、フロート３７，５３の水中重量に抗して押し上げる力は発生しないため、フロート３７，５３とオリフィス４２，５５の間には、隙間が生じず流体は流れない。
【００３９】
フロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆが、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差（Ｐ１＞Ｐ２）と同圧になると、フロート３７，５３とオリフィス４２，５５の間には、隙間が生じ流体は流れ始める。
【００４０】
フロート３７，５３の水中重量による圧力Ｐｆが、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差（Ｐ１＞Ｐ２）より小さいと、フロート３７，５３とオリフィス４２，５５の間には、隙間が生じ流体は流れる。フロート３７，５３は、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差が大きいほど上に移動する。図７のＨｂは、安全弁２３のフロート３７，５３の形状や重量及びオリフィス４２，５５の直径等により決定される。ポンプ１０において、適切なパラメータを選択することにより、高圧水配管２４内が通常運転時の圧力である第１の圧力で安全弁２３を閉弁させ、管理運転時の圧力である前記第１の圧力よりも高圧の第２の圧力で安全弁２３を開弁させ、高圧水配管２４に高圧水を流すことができる。このようにして、高圧水配管２４内の圧力を制御することにより、安全弁２３を開閉し、高圧水配管２４を通じた高圧水の供給を制御できる。
【００４１】
図５及び図６の安全弁２３は、ハンドル４６を回転させ、ストッパ４７の鉛直方向の位置を予め調整することにより、フロート３７，５３の移動範囲を規制することができ、高圧水配管２４の最大流量を調整できる。
【００４２】
高圧水配管２４を流れる高圧水は、ポンプ１０のケーシング１２から供給され、分配部２５を通って高圧水噴出管２９に送られノズル２６から噴出される。ノズル２６からジェット水（高圧水）は、斜め上方向、水平方向及び斜め下方向の３方向に噴出される。噴出の３方向の水平方向の成分は全て同一方向であるので、水平方向に向きが一定の水流を発生させることができる。ノズル２６から吸水槽１１の底面へ向けて斜め下方向にも噴出されるので、底面に沿った水流によって、底面に付着しているヘドロ等に力を加えることができ剥離することができる。そして、底面に堆積していたヘドロ等とともに剥離されたヘドロ等もジェット水により水中を浮遊する。
【００４３】
図２に示すようにノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが配置された吸水槽１１においては、吸水槽１１内の整流板２８で仕切られた領域の中で、ノズル２６ａとノズル２６ｂの向きが１８０°異なり、かつ、ノズル２６ａ，２６ｂがノズル２６ａ，２６ｂの向きに直交する方向で互いにずれている。そのため、ノズル２６ａ，２６ｂの向きに直交する方向のずれが略楕円の短軸となり、ノズル２６ａ，２６ｂの向きと平行な方向のずれが略楕円の長軸となるような略楕円の旋回流を、ノズル２６ａとノズル２６ｂの中点を中心として発生させることができる。旋回流の旋回方向は、ノズル２６ａ，２６ｂの向きと同方向である。ノズル２６ｃ，２６ｄについても、ノズル２６ａ，２６ｂと同様である。
【００４４】
また、図３に示すようにノズル２６が配置された吸水槽１１においては、ある１つのノズル２６、例えばノズル２６ｅにより噴出された水流がその噴出方向前方のノズル２６ｆ近傍に到達する。ノズル２６ｆ近傍に到達した水流は、ノズル２６ｆが噴出した水流により押し出される。前記水流により押し出されて、前記水流と一体となった水流は、ノズル２６ｇ近傍に到達し、同様にノズル２６ｇが噴出した水流により押し出される。このようにして、４つのノズル２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈによって、吸水槽１１内で、ポンプ１０の吸込口１４を中心にした旋回流を発生させることができる。本実施形態においては、ノズル２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈの向きが、羽根車１７の回転する方向と同方向であるので、ノズル２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈからのジェット水の噴出により、ポンプ１０の羽根車１７の回転抵抗を軽減できる。
【００４５】
ジェット水により浮遊したヘドロ等は、上述の旋回流に乗って吸込口１４の周囲を循環する。その後、ポンプ１０の運転を停止すると、高圧水配管２４の内部で高圧水が得られなくなり、安全弁２３は閉弁する。その結果、ノズル２６からジェット水は噴出されなくなり、やがて、旋回流は消失する。そして、旋回流により吸込口１４の周囲を循環していたヘドロ等は、旋回流の中心付近の槽底に集積する。
【００４６】
次にポンプ１０を始動すると、吸水槽１１の底面に集積しているヘドロ等は水とともにポンプ１０の吸込口１４から吸い上げられ、ポンプ１０の吐出側から排出される。このようにして、吸水槽１１の内部、特に底面を掃除することができる。
【００４７】
すなわち、本発明によれば、ポンプ１０のケーシング１２の内部から高圧水配管２４、分配部２５、及び高圧水噴出管２９を介して供給される高圧水をノズル２６から噴出し、吸水槽１１内で旋回流を発生させることができる。旋回流がポンプ１０の吸込口１４の周囲で発生するように高圧水噴出管２９のノズル２６が配設されているので、吸水槽１１の底面に堆積したヘドロ等を旋回流に乗せて吸込口１４近傍に移送し、ポンプ１０の吐出側へ容易に排出することができる。これにより、複雑な装置を設けることなく簡易な構成で吸水槽１１を効果的に清掃できる。
【００４８】
また、高圧水配管２４が分岐する部分のケーシング１２の内周面にフィルタ３０を設けることにより、高圧水配管２４への送水時、高圧水配管２４の中へヘドロ等が入り込むのを阻止し、高圧水配管２４を詰まらせることを防止できる。また、通常の排水運転時にフィルタ３０の表面を通過する水により、フィルタ３０に付着したヘドロ等を容易に洗い流すことができ、フィルタ３０を容易に洗浄できる。これにより、フィルタ３０の目詰まりによる交換等のメンテナンスの手間を減少させることができる。
【００４９】
本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図８に示すように、ケーシング１２内が負圧になると、大気連通側からケーシング１２内へ空気が吸いこまれる方向にのみ開弁する真空破壊弁５７が介設された吸気管５８を吐出エルボ１２ｃと安全弁２３の間の高圧水配管２４から分岐させてもよい。このようにすれば、吸気管３３のための吸気孔３２を吐出エルボ１２ｃに設ける必要がなくなる。また、吸気管５８の真空破壊弁５７より先端側で大気と連通している部分にサイレンサ５９を介設してもよい。また、ポンプ１０の吸込口１４を中心に、吸水槽１１の底面に、浮遊したヘドロ等を集積させるピットを設けてもよい。また、ノズル２６の配置は、吸水槽１１の下方の、吸込口１４の周囲で旋回流を発生させるものであればいかなる配置であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 立軸ポンプ
１１ 吸水槽
１２ ケーシング
１２ａ 揚水管
１２ｂ ポンプケーシング
１２ｃ 吐出エルボ
１３ 吸込ベル
１３ａ 下端側先端部
１４ 吸込口
１５ 吐出弁
１６ 吐出管
１７ 羽根車
１８ 主軸
１９，２０ 無注水軸受
１９ａ，２０ａ リブ
２１ 駆動機構
２３ 安全弁
２４ 高圧水配管
２５ 分配部
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈ ノズル
２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ 側壁
２８ 整流板
２９ 高圧水噴出管
３０ フィルタ
３２ 吸気孔
３３，５８ 吸気管
３４，５７ 真空破壊弁
３６ 制御装置
３７，５３ フロート
３８ 鉛直部
３９ スピンドル
４０ 貫通孔
４１ 軸受
４２，５５ オリフィス
４４ ダンパ
４６ ハンドル
４７ ストッパ
４８ 軸
５０ おねじ部
５１ めねじ部
５４ 傾斜部
５９ サイレンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧水配管に介設され、出口と、この出口よりも下方に位置する入口との間で鉛直方向に立ち上がる管で形成された鉛直部と、
前記鉛直部の軸中心に設けられたスピンドルと、
上下に移動できるように前記スピンドルに挿通され、下向きに縮径するテーパ形状のフロートと、
前記鉛直部内で前記フロートの下方に位置するオリフィスと
を備え、
前記フロートの水中重量を前記フロートの投影面積で除して得られる圧力が、前記オリフィスの入口圧力と前記オリフィスの出口圧力の差より大きいと、前記フロートと前記オリフィスとの間に隙間が生じず流体は流れず、
前記フロートの水中重量を前記フロートの投影面積で除して得られる圧力が、前記入口圧力と前記出口圧力の差以下となると、前記フロートと前記オリフィスとの間に隙間が生じて流体が流れる、安全弁。
【請求項２】
前記スピンドルの上端は前記鉛直部の頂部に配置された中空軸に挿入され、
前記中空軸にめねじ部が設けられると共に、前記スピンドルに前記めねじ部と螺合するおねじ部が設けられ、
前記スピンドルの前記フロートの上方にストッパが固着され、
前記スピンドルに設けられたハンドルを回転させてストッパの鉛直方向の位置を調整して前記フロートの移動範囲を規制できるようにしている、請求項１に記載の安全弁。
【請求項１】
高圧水配管に介設され、出口と、この出口よりも下方に位置する入口との間で鉛直方向に立ち上がる管で形成された鉛直部と、
前記鉛直部の軸中心に設けられたスピンドルと、
上下に移動できるように前記スピンドルに挿通され、下向きに縮径するテーパ形状のフロートと、
前記鉛直部内で前記フロートの下方に位置するオリフィスと
を備え、
前記フロートの水中重量を前記フロートの投影面積で除して得られる圧力が、前記オリフィスの入口圧力と前記オリフィスの出口圧力の差より大きいと、前記フロートと前記オリフィスとの間に隙間が生じず流体は流れず、
前記フロートの水中重量を前記フロートの投影面積で除して得られる圧力が、前記入口圧力と前記出口圧力の差以下となると、前記フロートと前記オリフィスとの間に隙間が生じて流体が流れる、安全弁。
【請求項２】
前記スピンドルの上端は前記鉛直部の頂部に配置された中空軸に挿入され、
前記中空軸にめねじ部が設けられると共に、前記スピンドルに前記めねじ部と螺合するおねじ部が設けられ、
前記スピンドルの前記フロートの上方にストッパが固着され、
前記スピンドルに設けられたハンドルを回転させてストッパの鉛直方向の位置を調整して前記フロートの移動範囲を規制できるようにしている、請求項１に記載の安全弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７７４７８（Ｐ２０１２−１７７４７８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０３６９３（Ｐ２０１２−１０３６９３）
【出願日】平成２４年４月２７日（２０１２．４．２７）
【分割の表示】特願２００９−２６０９３（Ｐ２００９−２６０９３）の分割
【原出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００１５２１７０）株式会社酉島製作所 (89)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２７日（２０１２．４．２７）
【分割の表示】特願２００９−２６０９３（Ｐ２００９−２６０９３）の分割
【原出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００１５２１７０）株式会社酉島製作所 (89)
【Ｆターム（参考）】
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